GB/T 46217-2025 聚合物基压电复合材料电离辐射效应试验方法

　　ICS 83. 120 CCS Q 23

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 46217—2025

　　聚合物基压电复合材料电离辐射效应

　　试验方法

　　Testmethod ofionizing radiation effectforpolymer-based

　　piezoelectriccomposites

　　2025-08-29发布 2026-03-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 46217—2025

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 试验原理 2

　　5 试验环境 2

　　6 试样 2

　　7 仪器设备 3

　　8 试验步骤 4

　　9 试验结果 5

　　10 试验报告 5

　　附录 A (规范性) 压电应变常数的计算及测试方法 6

　　参考文献 9

　　Ⅰ

　　GB/T 46217—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国建筑材料联合会提出 。

　　本文件由全国纤维增强塑料标准化技术委员会(SAC/TC39)归 口 。

　　本文件起草单位 :武汉理工大学 、清华大学 、中南大学 、北京空间飞行器总体设计部 、隆中实验室 、乌镇实验室 、武汉科技大学 、兰州空间技术物理研究所 、中国科学院新疆理化技术研究所 、天津爱思达航天科技股份有限公司 、北京大学口腔医院 、北京大学人民医院 、东方电气(武汉)核设备有限公司 、湖北省计量测试技术研究院 。

　　本文件主要起草人 :董丽杰 、王轲 、张斗 、王晓宇 、周令 、琚艳云 、袁晰 、冯展祖 、孙静 、赵婷婷 、李海蓉 、王祥、张启蒙、林廷强、张毅、姚方周、韩冰、王世东、夏永峰、冯锐、王泽鸿、张扬、韩婷、刘铂薇、潘萌、熊玉菲、王浩威 、许怡贤 、刘冬 、李衍存 。

　　Ⅲ

　　GB/T 46217—2025

　　聚合物基压电复合材料电离辐射效应

　　试验方法

　　1 范围

　　本文件描述了聚合物基压电复合材料电离辐射效应试验的试验原理 、试验环境 、试样 、仪器设备 、试验步骤 、试验结果和试验报告 。

　　本文件适用于测定聚合物基压电复合材料的电离辐射效应 。压电聚合物材料 、聚合物基压电复合材料器件参照使用 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 11309—1989 压电陶瓷材料性能测试方法 纵向压电应变常数 d33 的准静态测试

　　GB/T 13992 金属粘贴式电阻应变计

　　GB/T 16304—2008 压电陶瓷材料性能测试方法 电场应变特性的测试

　　GB/T 43251 纳米技术 小尺寸纳米结构薄膜拉伸性能测定方法

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　聚合物基压电复合材料 polymer-based piezoelectriccomposites

　　由压电材料和聚合物复合而成的功能材料 。

　　3.2

　　压电效应 piezoelectriceffect

　　压电材料在机械力作用下产生极化电荷(正压电效应)或在外电场作用下产生形变(逆压电效应)的现象 。

　　[来源 :GB/T 3389. 1—1996,4. 12,有修改] 3.3

　　压电应变常数 piezoelectricstrain constant

　　反映压电效应(3. 2)力学量和电学量之间耦合关系的参数 ,定义见公式(1) 。

　　d (i,m = 1,2,3,m ≠ i;j,n= 1,2, … ,6,n ≠j) … … …

　　式中 :

　　dij — 压电应变常数 ;

　　i — 材料的极化方向或电场的施加方向 ;

　　j — 施加应力的方向或诱导应变的方向 ;

　　1

　　GB/T 46217—2025

　　Di— 电位移分量 ,单位为库伦每平方米(C/m2 ) ;

　　Tj — 应力分量 ,单位为牛顿每平方米(N/m2 ) ;

　　Sj — 应变分量 ,无量纲 ;

　　Ei — 电场强度分量 ,单位为伏特每米(V/m) 。

　　注 1: 反映正压电效应的压电应变常数为正压电应变常数 ,单位为库仑每牛顿(C/N) ;反映逆压电效应的压电应变常数为逆压电应变常数 ,单位为米每伏特(m/V) 。为便于区分 ,逆压电应变常数通常用 dij * 表示 。

　　注 2: 试样主平面内(简称面内)的压电应变常数用符号 dij_in表示 ;垂直于主平面(简称面外) 的压电应变常数用符号 dij_out表示 。

　　[来源 :GB/T 3389. 1—1996,6. 14,有修改] 3.4

　　电离辐射 ionizing radiation

　　带电粒子 、不带电粒子或二者兼有的任何类型的辐射 ,如 α 粒子 、β 粒子 、X射线 、γ 射线 、中子和质子等 ,该辐射与材料相互作用 ,通过初始或次级过程使材料电离 。

　　3.5

　　电离总剂量 totalionizingdose

　　单位质量的材料在电离辐射过程中累积沉积的能量 。

　　注 : 电离总剂量的国际单位为戈瑞(Gy) , 1 戈 瑞 相 当 于 1 千 克 的 某 种 材 料 吸 收 了 1 焦 耳 的 辐 射 能 量(1Gy= 1 J/ kg) 。另一个常用单位是拉德(rad) ,1 Gy= 100 rad。

　　3.6

　　剂量率 doserate

　　单位时间内材料的电离总剂量 。

　　注 : 单位为戈瑞每小时(Gy/h) 。

　　4 试验原理

　　将聚合物基压电复合材料试样置于60Coγ射线电离辐射环境 ,测试试样在一定电离总剂量辐射后压电性能和拉伸性能的变化 , 以反映聚合物基压电复合材料的电离辐射效应 。

　　5 试验环境

　　5. 1 性能测试试验环境

　　性能测试应在温度(23±2) ℃ 、相对湿度(50±10) %的环境下进行 。

　　5.2 电离辐射试验环境

　　电离辐射采用60Coγ辐射源 ,在温度(23±2) ℃ 、相对湿度(50±10) %的环境下进行 。

　　6 试样

　　6. 1 压电应变常数试样

　　6. 1. 1 试样数量

　　每组有效试样应不少于 3个 。

　　2

　　GB/T 46217—2025

　　6. 1.2 试样要求

　　6. 1.2. 1 矩形试样 ,试样长度 l为 10 mm~ 100 mm ,长宽比 l/b≥1. 5,厚度 t<1 mm。

　　6. 1.2.2 正压电应变常数 d33_ out试样应符合 GB/T 11309—1989中 3. 2 的规定 ,推荐尺寸长度l×宽度 b为 25 mm×15 mm ,试样上下表面被覆金属层作为电极 ,沿厚度方向极化 ,推荐直径 ϕ10 mm 的圆形金电极 。

　　6. 1.2.3 逆压电应变常数 d3(*)3_ out试样要求同 6. 1. 2. 2。

　　6. 1.2.4 逆压电应变常数 d3(*)3_ in、d3(*)1_ in试样 ,推荐尺寸长度l×宽度 b 为 40mm×20 mm。试样被覆叉指电极 ,沿试样平面内进行极化 。如对试样进行封装处理 ,应用导线连接电极 。

　　6. 1.2.5 试样应保持清洁干燥 ,极化后存放 72 h,并在 5. 1规定的条件下放置 2 h后进行测试 。

　　6.2 拉伸性能试样

　　试样尺寸及数量应符合 GB/T 43251的规定 。

　　7 仪器设备

　　7. 1 试样支架

　　7. 1. 1 平板支架

　　平板支架尺寸应大于试样尺寸 ,平板支架各边预留不小于 10 mm 的试样固定区域 ,平板支架厚度推荐为 2 mm。支架材质应耐辐射 ,推荐 304不锈钢作为支架材料 。

　　7. 1.2 弯曲支架

　　弯曲支架宽度应大于试样宽度 ,预留不小于 10 mm 的试样固定区域 。弯曲支架的弯曲半径推荐为10 mm、30 mm、50 mm 、70 mm、90 mm ,弯曲支架的材质与厚度要求同平板支架 。 弯曲支架示意图如图 1所示 。

　　标引符号说明 :

　　1— 试样固定区域 ;

　　2— 试样 ;

　　3— 弯曲支架 ;

　　R— 弯曲半径 。

　　图 1 弯曲支架示意图

　　7. 1.3 试样支架选取原则

　　试样支架应与试样尺寸相匹配 。推荐试样支架见表 1。

　　3

　　GB/T 46217—2025

　　表 1 试样支架推荐尺寸

　　单位为毫米

　　试样长度 l

　　平板支架

　　弯曲支架

　　R= 10

　　R= 30

　　R= 50

　　R= 70

　　R= 90

　　10≤l<20

　　●

　　●

　　●

　　●

　　●

　　●

　　20≤l<30

　　●

　　—

　　●

　　●

　　●

　　●

　　30≤l<50

　　●

　　—

　　—

　　●

　　●

　　●

　　50≤l<70

　　●

　　—

　　—

　　—

　　●

　　●

　　70≤l≤100

　　●

　　—

　　—

　　—

　　—

　　●

　　注 : “● ”表示长度为 l的试样适用的支架 。

　　7.2 压电应变常数测试设备

　　7.2. 1 正压电应变常数 d33_ out测试设备应符合 GB/T 11309—1989的要求 。

　　7.2.2 逆压电应变常数 d3(*)3_ out测试设备应符合 GB/T 16304—2008的要求 。

　　7.2.3 逆压电应变常数 d3(*)3_ in、d3(*)1_ in测试设备应符合附录 A 的要求 。

　　7.3 拉伸性能测试设备

　　拉伸性能测试设备应符合 GB/T 43251的要求 。

　　8 试验步骤

　　8. 1 辐射前性能测试

　　8. 1. 1 正压电应变常数 d33_ out按照 GB/T 11309—1989进行测试 ,按公式(A. 1)进行计算 。

　　8. 1.2 逆压电应变常数 d3(*)3_ out按照 GB/T 16304—2008中 7. 3进行测试 ,按公式(A. 2)进行计算 。

　　8. 1.3 逆压电应变常数 d3(*)3_ in、d3(*)1_ in按照 A. 3进行测试和计算 。

　　8. 1.4 拉伸性能按照 GB/T 43251进行测试 。

　　8.2 电离辐射试验

　　8.2. 1 对试样所在位置的电离辐射剂量率进行标定 。采用电离室测量试样所在位置的辐射剂量 , 除以辐射时间获得剂量率 。

　　8.2.2 根据压电应变常数试样辐射前的压电应变常数 ,筛选试样 ,保证离散系数 CV≤15% 。

　　8.2.3 采用耐辐射胶带(推荐聚酰亚胺) 将拉伸试样和压电应变常数试样沿四周安装于平面或弯曲支架表面 ,确保试样与支架贴合 。试样安装过程中应防止污染并确保电极不被覆盖 。

　　8.2.4 将试样支架放置于已标定的辐射区域内 ,并将试样面向辐射源 。

　　8.2.5 进行设备检查 ,确定各部分工作正常后 ,升起辐射源 。

　　8.2.6 当辐射源完全升起后开始计时 。

　　8.2.7 进行辐射剂量(或 时 间) 累 计 , 当 试 样 辐 射 剂 量 达 到 试 验 计 划 的 总 剂 量 或 剂 量 点 时 , 下 降 辐 射源 ,取出试样 。

　　注 : 离散系4

　　数 CV= 标准差/算术平均值 。

　　GB/T 46217—2025

　　8.3 辐射后性能测试

　　辐射完毕至性能测试的时间间隔应不小于 6 h,不应超过 72 h。辐射后性能测试项目和测试条件应与 8. 1保持一致 。

　　9 试验结果

　　9. 1 压电应变常数变化率

　　计算压电应变常数试样的压电应变常数变化率 Qm ,如公式(2)所示 。

　　Qm …………………………( 2 )

　　Qm — 压电应变常数变化率 , % ;

　　Bm0 — 压电应变常数试样辐射前的压电应变常数 ;

　　Bm — 压电应变常数试样辐射后的压电应变常数 。

　　注 : m— 1、2、3 和 4,分别代表 d33_out、d3(*)3_out、d3(*)3_in和 d3(*)1_in。

　　9.2 拉伸性能变化率

　　计算拉伸试样的拉伸性能变化率 Sn ,如公式(3)所示 。

　　Sn …………………………( 3 )

　　Sn — 拉伸性能变化率 , % ;

　　Cn0 — 拉伸试样辐射前的拉伸性能平均值 ;

　　Cn — 拉伸试样辐射后的拉伸性能平均值 。

　　注 : n— 1、2,分别代表拉伸强度和拉伸强度拉伸应变 。

　　9.3 试验有效性判定

　　应根据压电应变常数试样辐射后的压电性能计算离散系数 CV。CV≤15% ,为有效试样;CV>15% ,试验无效 。

　　10 试验报告

　　试验报告至少包含以下内容 :

　　a) 本文件编号 ;

　　b) 试验时间 :起始日期时间和终止日期时间 、辐射结束至性能测试的时间间隔 ;

　　c) 试验人员 、审核人员和报告撰写人员 ;

　　d) 试验设备及仪器等相关信息 ;

　　e) 试验条件 : 电离总剂量 、剂量率 、辐射时长 、环境条件 、试样尺寸和试样支架尺寸 ;

　　f) 试验方法 ;压电应变常数试验方法 、拉伸性能试验方法 ;

　　g) 试验结果 : 电离辐射前后试验数据和变化率 。

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　　GB/T 46217—2025

　　附 录 A

　　(规范性)

　　压电应变常数的计算及测试方法

　　A. 1 正压电应变常数 d33_ out(面外方向)

　　建立如图 A. 1所示的坐标系 , 由公式(A. 1)计算正压电应变常数 d33_ out。

　　d33_ out …………………………( A. 1 )

　　式中 :

　　D3— 3方向的电位移分量 ,单位为库伦每平方米(C/m2 ) ;

　　T3 — 3方向的应力分量 ,单位为牛顿每平方米(N/m2 ) 。

　　图 A. 1 正压电应变常数 d33_ out示意图

　　A.2 逆压电应变常数 d3(*)3_ out(面外方向)

　　建立如图 A. 2所示的坐标系 , 由公式(A. 2)计算逆压电应变常数 d3(*)3_ out。

　　dout …………………………( A. 2 )

　　式中 :

　　S3— 3方向的应变分量 ,无量纲 ;

　　E3— 3方向的电场强度分量 ,单位为伏特每米(V/m) 。

　　图 A.2 逆压电应变常数 d3(*)3_ out(面外方向)示意图

　　6

　　GB/T 46217—2025

　　A.3 逆压电应变常数 d3(*)3_ in、d3(*)1_ in (面内方向)

　　A.3. 1 逆压电应变常数 d3(*)3_ in (面内方向)的计算方法

　　建立如图 A. 3所示的坐标系 , 由公式(A. 3)计算逆压电应变常数 d3(*)3_ in。

　　din …………………………( A. 3 )

　　式中 :

　　S3— 3方向的应变分量 ,无量纲 ;

　　E3— 3方向的电场强度分量 ,单位为伏特每米(V/m) 。

　　图 A.3 逆压电应变常数 d3(*)3_ in (面内方向)示意图

　　A.3.2 逆压电应变常数 d3(*)1_ in (面内方向)的计算方法

　　建立如图 A. 4所示的坐标系 , 由公式(A. 4)计算逆压电应变常数 d3(*)1_ in。

　　din …………………………( A. 4 )

　　式中 :

　　S1— 1方向的应变分量 ,无量纲 ;

　　E3— 3方向的电场强度分量 ,单位为伏特每米(V/m) 。

　　7

　　GB/T 46217—2025

　　图 A.4 逆压电应变常数 d3(*)1_ in (面内方向)示意图

　　A.3.3 逆压电应变常数 d3(*)3_ in、d3(*)1_ in测试设备

　　A.3.3. 1 用于测试逆压电应变常数 d3(*)3_ in、d3(*)1_ in,试验设备包括电激励系统和应变数据采集系统 。

　　A.3.3.2 电激励系统具体要求如下 。

　　a) 信号发生器 :输出信号 频 率 1 Hz~ 1 MHz,最 大 允 许 误 差 为 读 数 的 ±0. 01% ; 输 出电 压 范 围0 V~ 10V, 最大允许误差为 ±0. 01% ;正弦波形失真度应不大于 5% 。

　　b) 高压放大器 :输出电压不小于 1 000 V。

　　A.3.3.3 应变数据采集系统具体要求如下 :

　　a) 金属粘贴式电阻应变计 :按 GB/T 13992选择和使用 ;

　　b) 动态应变仪 :频响应高于 10 kHz;

　　c) 数据采集存储装置 :采样频率推荐不小于 40 kHz。

　　A.3.4 逆压电应变常数 d3(*)3_ in、d3(*)1_ in测试步骤

　　测试步骤如下 :

　　a) 将压电应变常数试样放置于试样台上 ,用导线连接电极至电源输出端 ;

　　b) 将应变片粘贴在压电应变常数试样中部 , 敏感栅方向平行或垂直于电场方向 ,其偏差应不大于 5°;

　　c) 用导线连接应变片至动态电阻应变仪 ;

　　d) 对压电应变常数试样施加一定幅值和频率的驱动电压 ;

　　e) 采集压电应变常数试样自由应变数据 ,将电场-应变同步数据传输到电脑主机 。

　　8

　　GB/T 46217—2025

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 3389. 1—1996 铁电压电陶瓷词汇

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